急性脑梗死3.0 T MR ARMS DWI与常规MSEPI DWI图像质量对照研究

马炎奇 靳珍怡 温喜喜 张澍杰 陈财忠 饶圣祥 孙伟

我国急性脑梗死发病率近年来呈不断上升趋势，并且趋于年轻化，引发较多并发症［1］。发病初期能对急性脑梗死作出正确评估和实施针对性方案，可以提高患者生存率并改善预后［2］。弥散加权成像（DWI）技术可以反映水分子弥散特性，对急性脑梗死早期鉴别十分敏感，是早期诊断急性脑梗死最主要的方法［3］。现在临床上常用的弥散成像技术为平面回波（echo planar imaging，EPI）弥散成像，该技术扫描速度快、图像信噪比高，但受磁场不均匀性的影响，在组织空腔处易产生磁化率伪影和形变，如颅底、鼻腔、耳蜗等部位，导致无法准确诊断和评估这些位置的疾病。尽量减少以及去除磁敏感伪影一直是DWI的热点研究方向。我国联影公司推出的无变形弥散加权成像（ARMS DWI）技术，采用螺旋桨k空间填充技术实现运动伪影校正的快速自旋回波序列（fast spin echo，FSE）DWI，采集信号并放射状填充k空间［4-5］，对磁场不均匀性不敏感，可以很好解决传统弥散图像的磁化率伪影和形变问题。本研究将ARMS DWI和常规MS-EPI DWI图像进行比较，探讨ARMS DWI在急性脑梗死显示方面的价值。

方法

1. 选择对象

收集2021年5月至2022年3月在本院急诊及神经内科接收诊治的急性脑梗死患者40例。所有患者均有恶心呕吐、头痛、言语不清等症状。其中女12例，男28例，年龄45～90岁，平均（68.83±11.90）岁。本研究经复旦大学附属中山医院伦理委员会批准，全体受试者均签署了知情同意书（批准文号2021-073R2）。纳入标准：①符合《中国急性缺血性脑卒中诊治指南2018》［6］中急性脑梗死的诊断标准；②均做ARMS DWI和MS-EPI DWI序列扫描；③临床资料完整。排除标准：①脑出血、脑肿瘤、脑炎、脑转移瘤、脑血管畸形等疾病；②患者躁动不配合造成严重运动伪影影响图像诊断。

2. 检查方法

40例患者均使用联影uMR7903.0 T超导型MR扫描系统，采用头颈联合线圈进行采集。患者采取头先进，仰卧位，从颅底到头顶，横断面扫描成像。头颅常规序列包括横断位T2加权、T2液体抑制反转恢复序列（FLAIR）、T1加权，并按照随机次序扫描头颅MR ARMS DWI与常规MS-EPI DWI轴位序列，具体参数如表1所示。

表1 常规MS-EPI DWI与ARMS DWI序列扫描参数

3. 图像分析

由2名具有8年以上工作经验的放射科医师观察脑梗死病灶在常规MS-EPI DWI与ARMS DWI序列上的影像表现，并计数2组序列脑梗死灶的数量和位置，有争议时协商解决。多个病灶融合在一起无法分辨时，可认为属于同一病灶。本研究将这2组DWI序列的影像表现，结合临床症状和其他磁共振序列进行综合研判，作为这2组DWI序列诊断的金标准。对图像的主观评价则由这2名医生采用双盲法阅读后分别评判。对磁敏感伪影评分分级：1分，磁敏感伪影严重、无法诊断；2分，图像有明显的变形拉伸，颞叶及副鼻窦近额叶区有伪影，伪影影响诊断；3分，图像有轻度磁敏感伪影，无明显的变形拉伸，颞叶及副鼻窦近额叶区有伪影，伪影不影响脑部诊断；4分，图像清晰，无变形拉伸，无亮线磁敏感伪影。对病灶边缘锐利度评分分级：1分，病灶显示不清；2分，病灶部分显示，边缘模糊；3分，病灶显示良好，边缘轻度模糊；4分，病灶清晰显示，边缘锐利。对脑实质解剖结构显示度评分分级：1分，解剖结构边缘模糊、无法辨识；2分，解剖结构边缘显示一般、可部分辨识；3分，解剖结构边缘显示良好，但有小部分辨识不佳；4分，解剖结构边缘显示清晰，组织对比清楚。对图像整体质量评分分级：1分，图像质量差，伪影严重，难以诊断；2分，图像质量一般，图像存在伪影，病灶不清晰，诊断较困难；3分，图像质量尚可，图像存在伪影但尚不影响诊断；4分，图像质量好，无伪影或伪影较轻［7］。

在MRI影像后处理工作站上，在b=1000 s/mm2DWI图像中选取直径＞2 mm的急性脑梗死病灶，对于多个病灶则选取病变区域最大的，在最大病灶中心区域测量3次并取平均值而得到病灶区信号强度，每次测量的感兴趣区（ROI）面积均≥2 mm2，在病灶相同位置测量表观弥散系数（ADC）参数图，得到病灶ADC值。同样方法将ROI分别放置在急性脑梗死病灶周边正常脑实质区域和周边背景区域得到脑实质信号强度和背景空气信号强度标准差。病灶周边正常脑实质区域要避开伪影和脑脊液区域。将测量的数据计算得到2组DWI图像的对比度（CR）、信噪比（SNR）。SNR=病灶区信号强度/背景空气信号强度标准差，CR=病灶区信号强度/周边正常脑实质信号强度。

4. 统计学分析

使用SPSS 19.0软件进行统计学分析，符合正态分布的计量数据采用均数±标准差（±s）表示。对2组DWI序列急性脑梗死的SNR、CR和ADC值进行独立样本t检验；对2组DWI序列图像质量的主观评价进行Wilcoxon秩和检验，P＜0.05时认为差异具有统计学意义。2名读片医生一致性评价采用Cohen's Kappa分析：κ值在0.81～1.00为显著一致，0.61～0.80为一致性良好，0.41～0.60为中等性一致，0.21～0.41为一致性较差，＜0.20为不一致。

结果

1. 病灶数目和部位

40例患者一共检出脑梗死病灶289处，其中急性脑梗死133处，陈旧性脑梗死156处。MS-EPI DWI序列检出急性脑梗死142处（其中12处后被证实为磁敏感伪影）和陈旧性脑梗死156处，未检出3处急性脑梗死；ARMS DWI序列都正确检出所有病灶。急性脑梗死病灶部位：脑干8处，基底节18处，小脑16处，胼胝体7处，侧脑室17处，额顶叶24处，颞叶9处，枕叶16处，岛叶7处，丘脑3处，半卵圆中心3处，桥脑3处，放射冠区2处。MS-EPI DWI序列错误诊断及漏检病灶均出现在脑干、小脑、颞叶等极易出现磁敏感伪影的部位。MS-EPI DWI序列诊断急性脑梗死的灵敏度97.7%、特异度92.9%、准确度95.0%；ARMS DWI序列诊断灵敏度100%、特异度100%、准确度100%。

典型病例的影像特征见图1至4。

图1 典型病例1影像男，72岁，患者有固定金属假牙。A. MS-EPI DWI序列图像有明显的变形和拉伸；B. ARMS DWI序列图像颞叶区域没有变形，该处脑部图像可靠。

图2 典型病例2影像男，54岁，右侧颞叶和枕叶大面积脑梗死。A.MS-EPI DWI序列图像右侧颞叶区域有磁敏感伪影不能准确对病灶大小进行评估；B. ARMS DWI序列无磁敏感伪影，病灶的大小和范围都清晰显示。

图3 典型病例3影像男，45岁，右侧小脑多发急性脑梗死。A. MS-EPI DWI序列图像受磁敏感伪影的影响，不能准确对病灶大小和病灶数量进行评估；B.ARMS DWI序列无磁敏感伪影，病灶的大小和病灶数量都清晰显示。

图4 典型病例4影像女，90岁，小脑多发急性脑梗死。A. MS-EPI DWI序列图像受磁敏感伪影的影响，标记处有伪影易误诊为急性脑梗死；B. ARMS DWI序列无磁敏感伪影，标记处清晰显示无急性脑梗死病灶。

2. 主观评分

2名观察者一致性分析结果显示，各项评分的κ值均在0.6以上，认为一致性良好。ARMS DWI序列显示磁敏感伪影、病灶边缘锐利度、脑实质解剖结构显示度和图像质量评分的分数都高于MS-EPI DWI（均P＜0.05）。详见表2。

表2 40例患者的MS-EPI DWI和ARMS DWI主观评分比较

3. 定量指标评价

ARMS DWI中的SNR低于MS-EPI DWI（P＜0.05），但CR高于MS-EPI DWI（P＜0.05）；ARMS DWI序列的脑梗死ADC值高于MS-EPI DWI序列（P＜0.05）。详见表3。

表3 40例患者的MS-EPI DWI和ARMS DWI定量参数比较

讨论

DWI是一种无创性检测脑内水分子随机弥散运动的技术，其不仅能对脑内新旧梗死灶进行鉴别诊断，还能区分急性和亚急性期患者脑梗死灶新鲜程度，为临床治疗提供个体化的影像信息［8］。传统的DWI大多采用单次激发平面回波（single shot echo planar imaging，SS-EPI）脉冲，该技术快速切换读出梯度方向，连续采集回波信号填充整个k空间，故该技术回波链长度（echo train length，ETL）都较长，一般为128～256。在组织交界面或B0场不均匀的区域，该技术会产生额外相位累积，继而产生磁化率伪影和形变。对于上述问题，对EPI数据采集方法进行了部分改进，本文常规DWI采用了MS-EPI技术，激发后只选择相对较短的部分相位编码步（如ETL=16～80）进行采集，能一定程度降低B0相关的伪影（如金属、正流和涡流）和形变。但MS-EPI对运动径向数据采样极为敏感，扫描时，振荡梯度电源和梯度线圈相连，切换梯度时会发生轻微振动并产生相位的极端差异性，即使是微小的，不可重复的运动，也会导致MS-EPI产生重要的运动伪影，造成图像质量下降。对于前面提到的种种问题，ARMS DWI都能得到有效解决。首先，该技术采用放射状采集（周期性旋转重叠平行线与增强重建）方法填充k空间，可以改善运动对数据采集造成的影响。其次，该技术采集的信号是快速自旋回波信号，多次射频脉冲激发后，施加多个180°回聚脉冲获取回波信号填充k空间。由于B0场不均匀带来的自旋失相位会被回聚脉冲重聚，因此不会产生图像畸变［9］。目前，有研究用刀锋伪影校正（BLADE）技术联合FSE DWI对内耳胆脂瘤患者进行术前评估，发现FSE DWI能清晰检测到直径2 mm的胆脂瘤［10］。还有学者将该技术应用于垂体腺瘤的检查，发现BLADE DWI能显著提高鞍区病变检出率，垂体小病变（≥12 mm）都能被清晰发现［11］。本研究图像也证实，ARMS DWI比MS-EPI DWI序列具有更少的磁敏感伪影。

本研究中ARMS DWI图像的病灶边缘锐利度、脑实质解剖结构显示度、图像整体质量评分及磁敏感伪影得分均优于MS-EPI DWI。有的患者有固定金属假牙，MS-EPI DWI在颞叶处图像有明显的变形和拉伸，磁敏感伪影严重不能用于诊断该处脑部。而ARMS DWI图像的磁敏感伪影范围则要小得多，提供更多该处脑部信息（图1）。特别在颅底、鼻咽、耳蜗等处，ARMS DWI序列比MS-EPI DWI序列具有更少的磁敏感伪影，能更好地显示病灶的大小和范围（图2、3）。在图像定量比较中，ARMS DWI图像的SNR低于MS-EPI DWI，而CR高于MS-EPI DWI（均P＜0.05）。这与以往颅脑［12］、胆脂瘤［10］的研究结果一致。影响SNR的因素有很多，比如本研究中ARMS DWI的激励次数低于MS-DWI；TE时间的不同；ARMS DWI序列回波间隙延长也会造成图像SNR下降［13］等。在急性脑梗死ADC值的测量中，虽然ARMS DWI序列脑梗死病灶ADC值高于MS-DWI（P＜0.05），但并未超出急性脑梗死的范围，因此可认为ARMS DWI序列在急性脑梗死ADC的测量方面仍准确可行。

本研究尚存在一些局限性：纳入病例数较少；其次，ARMS DWI序列扫描时间偏长，对于一些幽闭恐惧患者以及意识不清不能配合的患者，会有一定的应用受限。

综上所述，ARMS DWI技术是一种没有变形的弥散成像技术，在临床诊断中能很好地弥补传统EPI DWI技术在空腔部位的图像磁化率伪影和形变问题，可以作为急性脑梗死常规影像诊断方法。